[發明專利]采用被動熱交換的實驗室冷凝器

有效

• 申請號: 201380023516.1
• 申請日: 2013-04-05
• 公開（公告）號: CN104271211A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 馬修·格瑞斯;戴維·珀金斯
• 申請（專利權）人: RB拉德利有限公司
• 主分類號: B01D5/00
• 分類號: B01D5/00;F28F1/42;F28F21/00;F28D15/00;F28B1/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立;林穎

本發明涉及冷凝器，以及一種使用冷凝器的方法。

人們經常需要將氣體凝聚成液體。這通常是通過降低氣體溫度至其沸點以下來實現。

在某些情況下，需要液態到氣態的相變，并作為分離反應混合物組分的一種手段(例如，蒸發或蒸餾)。在這種情況下，通常需要將蒸汽或氣體從液相中分離，然后將其轉化回液相并單獨地收集到反應混合物的剩余組分。通常使用冷凝器將蒸汽或氣體轉化回液體，從而使其可以被收集。

在其他情況下，相變可能導致反應組分不合需求的損失，進而需要一種防止這些組分損失的方法。在這種情況下，需要以蒸汽或氣體能夠返回至原反應混合物的方式，將其轉化回液體。通常使用冷凝器將蒸汽或氣體轉化回液體。將裝置直接放置于反應器皿上方并與之連接，可使凝結的蒸汽或氣體返回至反應器。該過程通常被稱為回流。

在實驗室設置中，冷凝器通常是風冷式，帶有一段處于本地溫度下的管(典型為玻璃)，或水冷式，帶有一段被外套環繞的管(典型亦為玻璃)，外管有流水流過。后一種冷凝器的一個典型例子是著名的利氏冷凝器。

人們發現風冷式冷凝器不是特別有效，由于它依賴于將熱量從玻璃管直接轉移至大氣。對直型風冷式冷凝器的改進可見于韋氏冷凝器，其中管的內表面具有很多突出物，這些突起增加了待凝結氣體所流經的表面積。

水冷式冷凝器可更有效地發揮作用，但需要持續的水流以便運轉。水正變為一種越來越昂貴和稀缺的資源，而實驗室的水排放也變得越來越復雜，成本也越來越高。

專利號為4187903的美國專利中提供了一種水冷式冷凝器，其中水冷卻劑通過一個閉合的環循環，經過利氏冷凝器的外套和帶有散熱器的外部部件。然而，這樣的效率很低，因為此技術需依賴在液體中渦流的形成來啟動水循環。申請文件中也提出在空氣冷凝器上直接安裝散熱器，但這又引出了如何將散熱器與玻璃冷凝器連接或結合以便實現有效熱交換的重要問題。

根據本發明的第一方面，提供一種冷凝器用以冷凝氣體，包括：

內管，其具有貫穿其中的孔道；

外管，其具有貫穿其中的孔道及兩個端部，所述內管穿過所述外管的孔道；以及

位于所述外管的每個所述端部的密封件，其將所述外管密封至所述內管，從而在所述內管和所述外管之間限定了密封的空間，其中所述空間包含或適配于包含與所述內管和所述外管相接觸的液體。

同樣地，通過提供一個充有液體的密封空間，使內管到外管的熱傳導得到加強，而無需直接將外管設置在內管上；內管孔道內蒸汽的熱量可通過內管被移除，傳遞至外管，然后輻射出去。由于液體被封在密封空間內，因此不必持續地提供替換水或者處理排水。

由于進行本次發明，我們了解到一些針對我們首次英國專利申請而被引用的現有技術。

專利JP62284193涉及一種用來在夜間或日間制冰(或保溫)并利用儲存的熱/冷在不同時間影響環境/建筑的系統。系統的局部為壁間有高熱容量的液體或固體材料的雙壁管，并且肋片從外管延伸至內管并從內管延伸至外管。肋片從外管的外表面延伸。內管的內部沒有肋片。內管和外管均為金屬。熱或冷的液體流動通過內管，熱量從管間的儲熱材料中被散發或吸收。該技術啟示是關于一種高熱容的熱存儲，不是在化學反應體系中凝結蒸汽。

專利DE4033677涉及注塑機。其與在實驗室/化學反應體系中回流蒸汽無任何關系。外觀上它沒有任何肋片，且以金屬制成，沒有玻璃內管。

專利US4187903和GB1588119涉及一種奧德里奇空氣流量系統。它們沒有我們所使用的特征的組合，且為我們所改進的現有技術。

專利US2005/155748涉及車輛的熱交換機。其帶有通過泵送流經外管和內管間空腔的冷卻油。在內管和外管之間的空間里沒有載液主體，不帶有用以泵送冷卻液的進出口。這與在內管內凝結蒸汽無關。該發明以全金屬結構為主。只有在內管和外管空腔內具有肋片，沒有從外管向外延伸，以及在內管向內延伸。該專利主要針對露出的端頭配件?？瓷先ゲ皇钦嬲娘L冷系統。

專利JP59142381是另一個在兩流動液體間交換熱量的熱交換機。這與帶有大量儲熱交換流體的氣冷機完全不同。其不涉及凝結蒸汽。沒有用于風冷的外部肋片。

專利US2008/277092是另一無肋片的熱交換機。其具有用于冷卻的循環氣體，且與將流體的儲熱容量作為熱交換系統的概念相去甚遠。其與冷凝無關，且使用循環液體制冷劑通過靜態傳導流體。

專利US2006/107682是一空調裝置的另一部分。其涉及從高壓液態制冷劑提取熱量至流動液體或至空氣。其沒有肋片，也沒有進行冷凝。